Un generador de corrent elèctric és un dispositiu dissenyat per convertir tipus d’energia no elèctrica (química, mecànica, tèrmica) en energia elèctrica. A més, el seu disseny es basa en l’ús del principi d’inducció d’electroimants.
El principi de funcionament i el dispositiu de l'alternador més senzill
La inducció electromagnètica és un fenomen que va ser descobert el 1831 pel físic anglès Michael Faraday (1791-1867), que va descobrir que quan un flux magnètic variable en el temps passa a través d’un circuit conductor tancat, es genera un corrent elèctric en aquest últim. Aquest principi és el que sustenta qualsevol generador.
A la pràctica, el principi d’inducció electromagnètica s’aplica de la següent manera: un corrent elèctric sorgeix en un marc tancat (rotor) quan és travessat per un camp magnètic giratori format, segons l’objectiu i el disseny del generador, per imants permanents o especials bobinatges d’excitació. Quan el quadre gira, el valor del flux magnètic canvia. Com més ràpid gira, més gran és el voltatge de sortida.
El 1827, el físic hongarès Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) va descobrir aquest efecte i el va utilitzar per crear un model original de generador de corrent elèctric. No obstant això, creient que era conegut, el científic no va patentar el seu descobriment i va anunciar la creació de la primera dinamo només el 1850.
Per drenar el corrent elèctric, el bastidor està equipat amb un col·lector de corrent, que el converteix en un bucle tancat i garanteix el contacte constant del bastidor giratori amb els elements estacionaris del generador. Els escombretes amb molla es pressionen contra els anells del col·lector i, per tant, el subministrament de corrent elèctric als terminals de sortida del generador.
Girant, les meitats del marc passen successivament prop dels pols de l’imant. En aquest cas, es produeix un canvi cíclic en la direcció del moviment del corrent emergent: a cada pol, el corrent es mou en una direcció.
Depenent del disseny del col·lector, el generador pot produir corrent continu i altern.
- Als generadors de corrent continu, per a cada meitat del bobinat del conjunt del col·lector, hi ha mitges anelles aïllades entre si. A causa del fet que aquests mitjans anells canvien constantment amb pinzells, el corrent no canvia la seva direcció, sinó que simplement polsa.
- En els alternadors, els extrems del marc estan lligats a anells lliscants i tota l'estructura gira al voltant del seu eix. Quan el marc gira, els raspalls, cadascun dels quals està ben adjacents al seu propi anell, proporcionen un conductor de baixada fiable. En aquest cas, no hi ha canvis cíclics en la posició dels raspalls.
La part giratòria del generador s’anomena rotor i la part estacionària es diu estator.
El principi de funcionament dels generadors de corrent altern i continu és idèntic. Es diferencien entre ells pel disseny dels anells lliscants situats al rotor rotatiu i per la configuració dels bobinats.
En els alternadors, sovint s’utilitza una solució tècnica original, basada en el fet que la CEM es produeix en un conductor no només quan gira en un camp magnètic, sinó també quan el mateix camp magnètic gira en relació amb un conductor estacionari.
Aquest efecte és àmpliament utilitzat pels desenvolupadors que col·loquen imants elèctrics o permanents en un rotor rotatiu. En aquest cas, s’elimina la tensió del bobinatge instal·lat fix, cosa que permet desfer-se de dissenys complexos d’unitats de captació de corrent.
Generadors de corrent altern
- rendiment constructiu;
- mètode d’excitació;
- nombre de fases.
Segons el mètode d’excitació, el consumidor pot trobar-se amb unitats:
- amb excitació independent: el bobinatge d’excitació és alimentat per corrent continu d’una font d’energia independent;
- amb autoexcitació: es subministra al corrent d'excitació un corrent rectificat del propi generador;
- amb excitació per imants permanents: no hi ha bobinatge d’excitació;
- amb excitació d'un excitador: un generador de CC de baixa potència, "assegut" al mateix eix amb el manteniment del generador.
Pel nombre de fases, els generadors elèctrics són:
- monofàsic;
- bifàsic;
- trifàsic.
A la pràctica, els alternadors trifàsics són els més habituals. Això es deu a una sèrie d'avantatges característics d'aquest tipus d'àrids:
- obtenir un efecte econòmic en el desenvolupament de sistemes per a la transmissió d'electricitat a llargues distàncies, reduint el consum de material dels dispositius de transformació i dels cables d'alimentació; Això es veu facilitat per la presència d’un camp magnètic circular;
- major vida útil, que garanteix l’equilibri del sistema;
- ús simultani de tensió de línia i fase.
Estructuralment, un generador elèctric trifàsic té tres bobinatges independents situats a l’estator en un cercle amb un desplaçament de 120 ° un respecte a l’altre. En aquest cas, cada bobinatge és un generador monofàsic, que és capaç de subministrar una tensió alterna al consumidor R. Aquest bobinatge únic s'anomena "fase". Els bobinatges de fase es poden interconnectar mitjançant "delta" o "estrella".
Hi ha altres esquemes per connectar els bobinats, per exemple, el sistema Tesla de sis fils o la connexió Slavyanka (una combinació de sis bobinatges en forma d'una "estrella" i un "triangle"), però no es van utilitzar àmpliament.
El paper del quadre en els dispositius que generen corrent altern el juga un electroimant que, mentre gira, desplaça la CEM alternada induïda en els bobinatges per un terç d’un cicle respecte a l’altre.
Entre els molts alternadors, hi ha dos tipus principals de disseny: síncrons i asíncrons. Recentment, donat el gran nombre de complexos dispositius electrònics controlats per microprocessadors, ha aparegut un nou tipus de generador elèctric: inversor.
Generadors d’energia síncrons
Un alternador síncron es compon estructuralment de dues parts: un rotor mòbil i un estator fix.
Quan el rotor gira, que és un electroimant amb un nucli i un bobinatge d’excitació, connectat a una font d’energia externa mitjançant un mecanisme de raspall, s’indueix un CEM al bobinatge de l’estator, que s’alimenta als terminals de sortida del generador. Aquest disseny elimina la necessitat de contactes lliscants, cosa que simplifica enormement el disseny de la unitat. Inicialment, el flux magnètic s’excita des d’un excitador de tercers connectat a un eix comú i connectat al sistema mitjançant un acoblament.
En els generadors elèctrics síncrons de baixa potència, el bobinatge d’excitació s’alimenta mitjançant corrent rectificat. En aquest cas, el circuit elèctric es forma a causa de l’activació dels transformadors inclosos al circuit de càrrega. També s'hi inclou un rectificador de semiconductor. El circuit elèctric principal inclou:
- sinuós d’excitació;
- ajustant el reòstat.
La característica principal d’un generador síncron és que la freqüència del corrent elèctric generat és proporcional a la velocitat del rotor.
Generadors d’energia asíncrons
El disseny de generadors asíncrons és senzill, però al mateix temps presenta les pitjors característiques tècniques en comparació amb les unitats síncrones: l’error de freqüència pot arribar al 4% i, en termes de tensió, fins al 10%. A més, els generadors asíncrons són fonamentals per al corrent d’arrencada. Per tant, es recomana utilitzar-los juntament amb estabilitzadors i, en alguns casos, per exemple, per a un arrencada suau d’un motor elèctric, pot ser necessari un convertidor de freqüència.
Generadors d’inversors
Un generador elèctric inversor és un generador asíncron convencional, a la sortida del qual s’instal·la un estabilitzador addicional de paràmetres de sortida.
Funciona de la següent manera: la tensió generada pel generador asíncron entra a l’inversor, on primer es rectifica, i després es formen impulsos d’una freqüència i un cicle de treball determinats a partir de la tensió constant obtinguda. A la sortida del dispositiu, aquests polsos es converteixen en una tensió sinusoïdal amb característiques tècniques gairebé ideals.
Unitat d’alternador
En un entorn domèstic, el rotor del generador és impulsat per motors de combustió interna (ICE) que funcionen amb combustibles com la gasolina o el gasoil. Al mateix temps, la vida útil dels generadors de gasolina equipats amb motors de combustió interna de dos temps és d’unes 500 hores a l’any (no més de 4 hores al dia); l’ICE de quatre temps arriba a les 5.000 hores a l’any.
Es recomana utilitzar generadors de gasolina per a corts d’electricitat i / o per sortir al camp.
Els generadors dièsel són més potents i més duradors que els generadors de gasolina. Entre ells hi ha models amb refrigeració per aire i líquid. Es recomana utilitzar unitats refrigerades per aire en llocs on l’electricitat sol estar tallada durant molt de temps.
L’ús d’aquest tipus d’aparells domèstics és extremadament senzill: heu d’omplir combustible al dipòsit, girar la clau per engegar el motor i connectar la càrrega. El seu tauler de control inclou totes les etiquetes i símbols necessaris i intuïtius.
Els generadors de potència dièsel refrigerats per líquids són dispositius d’una categoria completament diferent. Són capaços de treballar dia i nit i s’utilitzen principalment a les empreses com a fonts d’alimentació de seguretat.
Els generadors industrials, dissenyats per generar corrent altern i subministrar-lo als consumidors a llargues distàncies mitjançant línies elèctriques d’alta tensió (PTL), funcionen activant turbines hidràuliques o de vapor. En aquestes unitats, el mecanisme del rotor està connectat directament a la roda de la turbina.
Els generadors de potència de turbina es caracteritzen per una potència elevada (fins a 100.000 kW) i són capaços de generar corrent altern amb tensions de fins a 16 kV. En aquest cas, la longitud i el diàmetre del seu rotor poden arribar a 6,5 i 15 metres, respectivament, i la velocitat de rotació d’aquest últim oscil·la entre 1500 ... 3000 rpm. Aquestes unitats s’instal·len en habitacions separades sobre bases de formigó especialment preparades.
Opcions i funcions del generador de llars
Per facilitar l’ús, els fabricants equipen els seus productes amb diverses opcions útils, entre les quals hi ha:
- dispositiu per a l'arrencada automàtica de la unitat en cas de tall de corrent;
- la presència d’un RCD integrat que desconnecta el dispositiu de la xarxa en cas de fallida d’aïllament i l’aparició d’un corrent de fuita;
- control dels paràmetres i la seva visualització a la pantalla;
- protecció contra sobrecàrrega.
Quan es connecta una càrrega a un generador elèctric, el valor del qual serà inferior al nominal, la unitat començarà a "menjar-se" part del combustible líquid en va, sense utilitzar plenament les seves capacitats.
No serà superflu tenir al conjunt de lliurament una carcassa especial que suprimeixi el soroll, un dipòsit de combustible ampliat, una carcassa que protegeixi la unitat dels efectes de les baixes temperatures, etc.
Funcions d’instal·lació
El propietari potencial d’un alternador abans de comprar s’hauria d’encarregar de preparar un lloc per a la seva instal·lació. Independentment d’on s’instal·larà aquesta unitat, tant a l’interior com a l’exterior, necessitarà una plataforma sòlida i plana. La instal·lació d’un generador elèctric en un terreny desigual augmentarà les vibracions, que acceleraran el desgast de les peces i poden provocar la fallada d’un dispositiu car.
Quan instal·leu el generador a l'interior, és important preveure la ventilació dels gasos d'escapament. A més, durant el funcionament de la unitat, es recomana deixar oberta la porta de la sala, que al seu torn requerirà la instal·lació d’una reixa a la porta que bloqueja l’accés a la zona de perill als forasters i, sobretot, als nens.
Connecteu el generador a la xarxa segons el requisit establert a les instruccions d’ús. En aquest cas, el cable elèctric s’ha de connectar després de la màquina introductòria i del comptador elèctric.
